CN108227277A - 光学膜 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种光学膜，光学膜包括导光结构层、第一填平层、复数个第一绕射光栅以及第二填平层。该导光结构层包含复数个导光微结构，其中各该导光微结构的高宽比介于1.5至6之间。第一填平层设于该导光结构层之上，其使该导光结构层平坦化，且该第一填平层与该导光结构层的折射率不同。复数个具有第一方向的第一绕射光栅形成于该第一填平层之上。第二填平层设于该些第一绕射光栅之上，其中该第二填平层与该些第一绕射光栅的折射率不同。

Description

光学膜
技术领域
本发明涉及一种用于液晶显示器的光学膜，尤其涉及一种具有减少大视角色偏、暗态漏光及增加各视角色彩及暗态画面均匀度的光学膜。
背景技术
现行液晶显示器(LCD)因属非自发光显示器，背光穿过液晶面板后易受液晶分子的不对称性影响，而使正视角及大视角的画质具有大幅度落差。
尤其在显示黑色画面时，因一般现有液晶显示器的背光源并无法关闭，而仅藉由液晶面板切换暗态遮光，因此，在各视角下皆有不等的漏光程度，使画面的对比度及色彩随视角不同，而产生色偏或不均匀。请参考图1，其为现有液晶显示器的暗态亮度随水平视角的分布图，可看出在约45度视角时，暗态漏光程度最大，正视角0度时则呈现最暗，漏光程度最小，因此，使用者于不同角度位置观看液晶显示器时，容易感受到画质的落差，影响视觉体验。
发明内容
为改善上述不同视角下视觉效果不佳的情况，本发明提供一种光学膜。
上述的光学膜包括：
导光结构层，其包含复数个导光微结构，各该导光微结构的高宽比介于1.5至6之间；
第一填平层，设于该导光结构层之上，并且该第一填平层覆盖该些导光微结构，且该第一填平层与该导光结构层的折射率不同；
复数个沿第一方向延伸的第一绕射光栅，其形成于该第一填平层之上；以及
第二填平层，设于该些第一绕射光栅之上，其中该第二填平层的折射率与该些第一绕射光栅的折射率不同。
作为可选的技术方案，各该导光微结构的高度介于15微米至30微米之间。
作为可选的技术方案，各该导光微结构的宽度介于5微米至9微米之间。
作为可选的技术方案，各该两相邻的导光微结构的间距介于24微米至45微米之间。
作为可选的技术方案，该些导光微结构为连续或不连续的柱状微结构。
作为可选的技术方案，各该些导光微结构的剖面形状为多边形、圆形、卵形、四边形、菱形及钻石形中的任一形状。
作为可选的技术方案，该些第一绕射光栅与该第二填平层的折射率差值不小于0.1且不大于0.3。
作为可选的技术方案，该导光结构层还包括染料；或者该第一填平层更包括一染料；或者该第二填平层更包括一染料，该染料包含至少一可吸收特定波长的染料分子或吸光粒子。
作为可选的技术方案，该光学膜还包括黏着层，该黏着层位于该第一填平层以及该些第一绕射光栅之间。
作为可选的技术方案，该第二填平层上还形成有复数个沿第二方向延伸的第二绕射光栅，且该第一方向与该第二方向平行。
作为可选的技术方案，各该第一绕射光栅以及各该第二绕射光栅的宽度分别介于0.3微米至1.5微米之间。
作为可选的技术方案，各两相邻的第一绕射光栅的间距以及各两相邻的第二绕射光栅的间距分别介于0.3微米至1.5微米之间。
作为可选的技术方案，各该第一绕射光栅以及各该第二绕射光栅的高度分别介于0.5微米至1.5微米之间。
作为可选的技术方案，该光学膜还包括第三填平层，该第三填平层覆盖于该些第二绕射光栅上，并使该些第二绕射光栅平坦化，且该第三填平层与该些第二绕射光栅的折射率不同。
作为可选的技术方案，该些第二绕射光栅与该第三填平层的折射率差值不小于0.1且不大于0.3。
作为可选的技术方案，该第三填平层还包括染料，该染料包含至少一可吸收特定波长的染料分子或吸光粒子。
作为可选的技术方案，该光学膜还包括功能膜，该功能膜黏附于该第三填平层上，其中，该功能膜选自由偏光膜、硬涂层膜、低反射膜、抗反射膜、抗眩膜以及保护膜所组成的群组的其中之一或其组合。
相比于现有技术，本发明的光学膜具有导光结构层、第一绕射光栅，可用以准直液晶显示器的背光源所发出并穿透液晶面板的光线，以利本发明的光学膜有效导光以优化显示器的显示影像质量。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现有液晶显示器在不同水平视角的暗态亮度分布图；
图2为本发明的一实施例所揭示的光学膜的立体示意图；
图3A为本发明的一实施例所揭示的导光结构层的立体示意图；
图3B为本发明的一实施例所揭示的导光结构层的剖面图；
图4A为本发明的一实施例所揭示的形成于导光结构层上的第一绕射光栅的立体示意图；
图4B为本发明的一实施例所揭示的形成于导光结构层上的第一绕射光栅的剖面图；
图5为本发明的一另实施例所揭示的光学膜的立体示意图；
图6A为本发明的另一实施例所揭示的第一绕射光栅以及第二绕射光栅的剖面图；
图6B～图6E为本发明的又一实施例所揭示的绕射光栅的剖面图；
图7为本发明的再一实施例所揭示的光学膜的立体示意图。
具体实施方式
为使本发明的发明特征、内容与优点及其所能达成的功效更易了解，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。
以下将参照相关图式，说明依本发明的光学膜的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。
首先，请参照图2，其为本发明一实施例的光学膜的立体示意图。光学膜100包含导光结构层110、第一填平层120、第一绕射光栅121及第二填平层130。第一填平层120设于导光结构层110之上、复数个形成于第一填平层120之上的沿第一方向延伸的第一绕射光栅121以及设于第一绕射光栅121之上的第二填平层130。其中，该些第一绕射光栅121可直接形成于该第一填平层120上，或者先在该第一填平层120表面形成黏着层(未绘示)，然后再形成该些第一绕射光栅121于前述黏着层上。
其次，请同时参照图3A及图3B。图3A为本发明一实施例的导光结构层的立体图，图3B为本发明一实施例的导光结构层的剖面图。导光结构层110包含复数个导光微结构111。在本发明的一实施例中，各导光微结构111的高度h1介于15微米至30微米之间，各导光微结构111的宽度w1介于5微米至9微米之间，两相邻的导光微结构111的间距介于24微米至45微米之间，各导光微结构111的高宽比(高度h1与宽度w1的比值)介于1.5至6之间，且较佳地介于2至5之间。在本发明的一实施例中，导光微结构111可以是连续或不连续的柱状微结构，各导光微结构111的剖面形状可以独立为多边形、圆形、卵形、四边形、菱形、及钻石形的任一形状。在本发明的一实施例中，导光结构层110可由光固化树脂或热固化树脂所形成，例如可以是但不限于丙烯酸树脂、硅酮树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或其组合。且导光结构层110的折射率可介于1.4至1.7之间。导光结构层110用以准直液晶显示器的背光源所发出并穿透液晶面板的光线，以利本发明的光学膜可有效导光以优化显示器的显示影像质量。
第一填平层120设于导光结构层110之上，如图2所示。第一填平层120用以平坦化导光微结构111，其可由光固化树脂或热固化树脂所形成，例如可以是但不限于丙烯酸树脂、硅酮树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或其组合。第一填平层120的折射率可介于1.4至1.7之间。
接着，请参阅图4A，其为本发明的一实施例所揭示的形成于导光结构层上的第一绕射光栅的立体示意图。如图4A所示，复数个沿第一方向D1延伸的第一绕射光栅121形成于第一填平层120之上。第一绕射光栅121的尺寸可依不同的面板设计以及所搭配的导光微结构111所调整。图4B为本发明的第一填平层以及第一绕射光栅的剖面示意图。如图4B所示，在本发明的一实施例中，第一绕射光栅121的高度h2介于0.5微米至1.5微米之间，且较佳地介于0.7微米至1.3微米之间。第一绕射光栅122的宽度w2介于0.3微米至1.5微米之间，且较佳地介于0.4微米至0.6微米之间。两相邻的第一绕射光栅121的间距g2介于0.3微米至1.5微米之间，且较佳地介于0.4微米至0.6微米之间。该些第一绕射光栅121可具有相同尺寸或不同尺寸，且可顺序地、周期性地或随机地形成于第一填平层120之上。
在本发明的一实施例中，第一绕射光栅121可例如是但不限于压印可固化树脂所形成。此可固化树脂可以是光固化树脂或热固化树脂，且可固化树脂的折射率可介于1.4至1.7之间。适合的可固化树脂可以例如是但不限于丙烯酸树脂、硅酮树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或其组合。
可选择地，第一绕射光栅121可直接形成于第一填平层120之上，或是藉由一黏着剂(图式未绘示)黏附于第一填平层110之上。适合的黏着剂可例如是但不限于丙烯酸树脂、硅酮树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或其组合。
第二填平层130设于该些第一绕射光栅121之上，用以平坦化该些第一绕射光栅121。第二填平层130可以是光固化树脂或热固化树脂，适合的可固化树脂可以例如是但不限于丙烯酸树脂、硅酮树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或其组合。在本发明的一实施例中，第二填平层130的折射率可介于1.4至1.7之间，且第二填平层130与该些第一绕射光栅122的折射率差不小于0.1且不大于0.3。
接着，请参阅图5，其为本发明的另一实施例所揭示的光学膜，光学膜100’可选择性地进一步包含复数个沿第二方向D2延伸的第二绕射光栅131，其形成于如图2所示光学膜100的该第二填平层130之上，且第一方向D1与第二方向D2平行。第二绕射光栅131的尺寸可依不同的面板设计以及所搭配的导光微结构111以及第一绕射光栅121所调整。图6A为本发明的第一填平层以及第二填平层的剖面示意图。如图6A所示，第二绕射光栅131的高度h3介于0.5微米至1.5微米之间，且较佳地介于0.7微米至1.3微米之间。第二绕射光栅131的宽度w3介于0.3微米至1.5微米之间，且较佳地介于0.4微米至0.6微米之间。两相邻的第二绕射光栅131的间距g3介于0.3微米至1.5微米之间，且较佳地介于0.4微米至0.6微米之间。该些第二绕射光栅131可具有相同尺寸或不同尺寸，且可顺序地、周期性地或随机地形成于第二填平层130之上。
在本发明的一实施例中，第二绕射光栅131可例如是但不限于压印可固化树脂所形成。此可固化树脂可以是光固化树脂或热固化树脂，且可固化树脂的折射率可介于1.4至1.7之间。适合的可固化树脂可以例如是但不限于丙烯酸树脂、硅酮树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或其组合。
因第一绕射光栅121与第二绕射光栅131的延伸方向D1,D2互相平行，第一绕射光栅121可先将来自背光源的光线重新导向，第二绕射光栅131再将光均匀分配至不同视角，故利用此结构可改善大视角的色偏现象，以提升液晶显示器的显示质量。此外，配合不同的面板设计，第一绕射光栅121与第二绕射光栅131中各绕射光栅的宽度、高度以及相邻两光栅的间距可据以调整。在本发明的一实施例中，第一绕射光栅121与第二绕射光栅131的高度、宽度以及间距相同。在本发明的另一实施例中，第一绕射光栅121与第二绕射光栅131的高度、宽度以及间距不同。
第一绕射光栅121中的各光栅以及第二绕射光栅131中的各光栅可具有不同的高度、宽度及间距。图6B-图6E为不同的绕射光栅设计的剖面图。图6B为本发明的一实施例的绕射光栅的剖面图，绕射光栅320包含复数个具有相同高度h及间距g但不同宽度wa-we的光栅321a-321e。图6C为本发明的另一实施例的绕射光栅的剖面图，绕射光栅320’包含复数个具有相同宽度w及间距g但不同高度ha-hf的光栅321’a-321’f。图6D为本发明的又一实施例的绕射光栅的剖面图，绕射光栅320”包含复数个具有相同高度h及宽度w但不同间距ga-ge的光栅321”a-321”f。图6E为本发明的再一实施例的绕射光栅320”’的剖面图，绕射光栅320”’包含复数个具有不同高度ha-hf、不同宽度wa-wf以及不同间距ga-ge的光栅321”’a-321”’f。各绕射光栅320、320’、320”以及320”’皆可作为前述的第一绕射光栅121及/或第二绕射光栅131。
接着，请参阅图7，其为本发明的另一实施例所揭示的光学膜，此光学膜100”还包括第三填平层140，其设于如图5所示光学模100’的第二绕射光栅131上，使第二绕射光栅131平坦化。第三填平层140可以是光固化树脂或热固化树脂，适合的可固化树脂可以例如是但不限于丙烯酸树脂、硅酮树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或其组合。在本发明的一实施例中，第三填平层140的折射率可介于1.4至1.7之间，且第三填平层140与该些第二绕射光栅131的折射率差不小于0.1且不大于0.3。
此外，在本发明的一另实施例中，本发明的光学膜100、100’、100”可更包括染料，选择性地设于光学膜100、100’的导光结构层110、第一填平层120、第二填平层130的至少一层内，或选择性地设于光学膜100”的导光结构层110、第一填平层120、第二填平层130、第三填平层140的至少一层内。适合的染料包含一种或一种以上可吸收特定波长的染料分子或吸光粒子，染料可以依照显示器在暗态时漏光的主要波段，而调整相对应的吸收波长，以最大限度减少暗态的漏光，并使各视角维持良好的颜色准确度及饱和度，
适合的染料包含至少一种可吸收特定波长的染料分子或吸光粒子，适合的染料分子可以例如是但不限于偶氮染料(azo dyes)、酞菁染料(phthalocyanine dyes)、三芳基甲烷染料(triarylmethane dyes)、蒽醌染料(anthraquinone dyes)、羟基苯并三唑染料(hydroxy benzotriazole dyes)、三间苯二酚-三嗪发色团染料(tris-resorcinol-triazine chromophore dyes)、羟基苯基-苯并三唑发色团染料(hydroxylphenyl-benzotriazole chromophore dyes)、方菁类染料(squarine-based dyes)、花青类染料(cyanine-based dyes)或前述材料的组合。适合的吸光粒子可以例如是不限于碳黑粒子、石墨、金属氧化物微粒、黑色树脂微粒或前述材料的组合。
在本发明的一实施例中，染料在前述导光结构层110、第一填平层120、第二填平层130或第三填平层140内的添加量约占该层总重的0.01％至3％之间。添加过多染料将影响显示器的亮态亮度，染料添加不足则会影响显示器画面的均匀度。
在本发明的一实施例中，光学膜100”还可包括功能膜(未绘示)，黏附于第三填平层140上。功能膜可以例如是但不限于偏光膜、硬涂布膜、低反射膜、抗反射膜、抗眩光膜、保护膜或其组合。在本发明的另一实施例中，光学膜100直接黏附于一液晶显示面板上。
下述实施例用来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
实施例1
本实施例1所揭示的光学膜包括导光结构层、第一填平层(折射率约为1.6)、具有复数沿第一方向D1延伸的第一绕射光栅层以及一第二填平层(折射率约为1.5)。其中，导光结构层中的各导光微结构的高度约为15微米、宽度约为5微米、两相邻的导光微结构之间距约为24微米、高宽比为3，导光结构层中包含偶氮染料。该些第一绕射光栅可分别选择表一所示具有不同尺寸大小的光栅1～11，依序周期性地排列而成，且光栅数目多寡可视需要加以调整。
将实施例1的光学膜黏附于液晶显示器(型号：BenQGW2270，购于台湾)上，进行光学性质测试，测试结果如下列表二所示。
表一：光学膜的第一绕射光栅尺寸
实施例2
本实施例2所揭示的光学膜包括导光结构层、第一填平层(折射率约为1.6)、具有复数沿第一方向D1延伸的第一绕射光栅层以及第二填平层(折射率约为1.5)。其中，导光结构层中的各导光微结构的高度约为15微米、宽度约为5微米、两相邻的导光微结构的间距约为24微米、高宽比为3，导光结构层中包含偶氮染料。该些第一绕射光栅可分别选择前述表一所示具有不同尺寸大小的光栅1～11，依序周期性地排列而成，且光栅数目多寡可视需要加以调整。第二填平层中包含酞菁染料。
将实施例2的光学膜黏附于液晶显示器(型号：BenQGW2270，购于台湾)上，进行光学性质测试，测试结果如下列表二所示。
比较例1
采用液晶显示器(型号：BenQGW2270，购于台湾)，在未黏附光学膜的状态下进行光学性质测试，测试结果如下列表二所示。
实施例1-2以及比较例1的测试结果如下列表二所示。
表二：实施例与比较例的测试结果
由表二可知，当液晶显示器在调为零阶时的暗态亮度最大值(L0最大值)的测试项目中，实施例1-2皆小于比较例的测试数值0.703nits，代表贴附本发明的光学膜后，对于现有液晶显示器于大视角的暗态漏光问题可有效降低，使不同角度所呈现的暗态画面较为一致。而对于大视角画质，如颜色饱和度、对比与色精准度等，一般在液晶显示器中可藉由GDI(Gamma Distortion Index)与P-value做为评价指标，GDI为实际所量测全部阶调L0至L255的伽玛曲线与标准伽玛曲线(如gamma 2.2)相比的失真值，因此，数值愈低代表失真量愈少，大视角的画质也愈佳；而P-value则是针对液晶显示器普遍易发生缺陷的阶调L96比较实测值与标准伽玛曲线值差异，数值愈低亦代表偏差愈少，因此可藉由此二测量数值看出该视角的可视性是否不佳。由表二亦可知，在水平方向视角60°至80°的GDI平均值、水平方向视角60°至80°的P值平均值、单一水平方向视角60°的P值(0,60)以及单一水平方向视角80°的P值(0,80)测试项目中，实施例1-2的测试数值皆小于比较例，显见本发明的光学膜皆具有明显改善效果。
由实施例1-2与比较例1的测试结果可知，相对于液晶显示器未使用本发明所揭示的光学膜的比较例，实施例1-2的液晶显示器因采用本发明的光学膜，故在大视角60°至80°之间暗态透光度可有效降低，故可提升液晶显示器的整体影像显示质量。
综上所述，本发明的光学膜具有导光结构层、第一绕射光栅，可用以准直液晶显示器的背光源所发出并穿透液晶面板的光线，以利本发明的光学膜有效导光以优化显示器的显示影像质量。进一步地，再利用与第一绕射光栅方向相同的第二绕射光栅，可有效降低大视角60°至80°之间暗态透光度，可提升液晶显示器的整体影像显示质量。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (17)

1.一种光学膜，其特征在于，该光学膜包括：
导光结构层，其包含复数个导光微结构，各该导光微结构的高宽比介于1.5至6之间；
第一填平层，设于该导光结构层之上，并且该第一填平层覆盖该些导光微结构，且该第一填平层与该导光结构层的折射率不同；
复数个沿第一方向延伸的第一绕射光栅，其形成于该第一填平层之上；以及
第二填平层，设于该些第一绕射光栅之上，其中该第二填平层的折射率与该些第一绕射光栅的折射率不同。
2.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，各该导光微结构的高度介于15微米至30微米之间。
3.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，各该导光微结构的宽度介于5微米至9微米之间。
4.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，各该两相邻的导光微结构的间距介于24微米至45微米之间。
5.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，该些导光微结构为连续或不连续的柱状微结构。
6.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，各该些导光微结构的剖面形状为多边形、圆形、卵形、四边形、菱形及钻石形中的任一形状。
7.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，该些第一绕射光栅与该第二填平层的折射率差值不小于0.1且不大于0.3。
8.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，该导光结构层还包括染料；或者该第一填平层更包括一染料；或者该第二填平层更包括一染料，该染料包含至少一可吸收特定波长的染料分子或吸光粒子。
9.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，该光学膜还包括黏着层，该黏着层位于该第一填平层以及该些第一绕射光栅之间。
10.如权利要求1所述的光学膜，其特征在于，该第二填平层上还形成有复数个沿第二方向延伸的第二绕射光栅，且该第一方向与该第二方向平行。
11.如权利要求10所述的光学膜，其特征在于，各该第一绕射光栅以及各该第二绕射光栅的宽度分别介于0.3微米至1.5微米之间。
12.如权利要求10所述的光学膜，其特征在于，各两相邻的第一绕射光栅的间距以及各两相邻的第二绕射光栅的间距分别介于0.3微米至1.5微米之间。
13.如权利要求10所述的光学膜，其特征在于，各该第一绕射光栅以及各该第二绕射光栅的高度分别介于0.5微米至1.5微米之间。
14.如权利要求10所述的光学膜，其特征在于，该光学膜还包括第三填平层，该第三填平层覆盖于该些第二绕射光栅上，并使该些第二绕射光栅平坦化，且该第三填平层与该些第二绕射光栅的折射率不同。
15.如权利要求14所述的光学膜，其特征在于，该些第二绕射光栅与该第三填平层的折射率差值不小于0.1且不大于0.3。
16.如权利要求14所述的光学膜，其特征在于，该第三填平层还包括染料，该染料包含至少一可吸收特定波长的染料分子或吸光粒子。
17.如权利要求14所述的光学膜，其特征在于，该光学膜还包括功能膜，该功能膜黏附于该第三填平层上，其中，该功能膜选自由偏光膜、硬涂层膜、低反射膜、抗反射膜、抗眩膜以及保护膜所组成的群组的其中之一或其组合。
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